4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.3 BÚSQUEDA DE SEGUNDO ORDEN
Las variables de respuesta evaluadas en este modelo fueron rendimiento, peso equivalente, acidez libre, contenido de metoxilo y grado de esterificación.
A continuación se definieron los niveles de los factores experimentales a controlar. Tabla 7. Niveles de los factores experimentales de segundo orden
Nombre Nivel
inferior superior Nivel Inferior Superior Puntos axiales Puntos al centro
A:pH extracción 1.2 2.2 0,992893 2,40711 1,7
B:Tiempo de extracción (min) 45 75 38,7868 81,2132 60
4.3.1 Rendimiento
Considerando el nivel del R2 descrito en la tabla 8 para esta variable, se puede aseverar que el
principal efecto lo estableció el pH de extracción, el cual alcanzó un punto máximo en el rango comprendido entre los valores de 1,5 y 2,0, donde la curvatura se acentúa. Por debajo de este rango, se presentaron descensos en los valores del rendimiento (ver figura 22). Estos descensos pudieron deberse al hecho de que a medida que el pH de extracción se incrementa, el medio se torna débil y no alcanza a provocar la liberación de las pectinas, o bien porque el medio es muy agresivo, lo cual genera degradación de las pectinas presentes en el sustrato. Este suceso confirma la alta capacidad hidrolizante del reactivo utilizado. Comportamientos similares fueron observados en investigaciones sobre pasifloráceas como el maracuyá [47] [23].
Tabla 8. Análisis de varianza para resultados de segundo orden
Rendimiento Peso equivalente Acidez libre Contenido metoxilo Grado esterificación Fuente Cuadrado Medio Cuadrado Medio Cuadrado Medio Cuadrado Medio Cuadrado Medio
A:pH 0,0080** 1,004E7** 151,10** 0,3754** 2668,7** B:Tiempo 0,0005ns 7506,1ns 0,3615* 0,0072ns 0,7463ns AA 0,0476** 1,079E6** 0,0456ns 1,7773** 0,5740ns AB 0,0065** 155658,1** 1,7787** 0,0660* 17,641** BB 0,0003ns 6266,34ns 0,3649* 0,3474** 0,0048ns R2 96,04% 97,87% 99,28% 96,51% 99,72%
** Valores altamente significativos con un nivel de confianza del 95%. * Valores significativos con un nivel de confianza del 95%.
40 Figura 22. Superficie de respuesta para rendimiento
También se determinó que sobre el rango óptimo del pH; el tiempo de extracción no ejerció un efecto significativo sobre la variable de respuesta (ver figura 22). Sin embargo, los valores del rendimiento se redujeron si el tiempo de extracción fue inferior a 60 minutos, lo cual pudo deberse a que se requiere un mínimo de tiempo durante la extracción, para que se provoque la liberación de las pectinas presentes en el sustrato.
4.3.2 Peso equivalente
El valor del R2 para esta variable fue del 97.87 %. El principal efecto sobre el peso equivalente lo
estableció el pH de extracción (ver tabla 8), por cuanto a medida que se incrementó el valor del pH, el valor del peso equivalente también se elevó. Adicionalmente se observó que el efecto del tiempo de extracción no fue significativo para esta variable (ver figura 23). El origen de estos resultados pudo deberse a que las soluciones altamente acidificadas, fragmentaron las cadenas de los ácidos poligalacturónicos, haciendo descender su peso molecular y por ende, el peso equivalente [21].
Figura 23. Superficie de respuesta para peso equivalente
Tiempo (min) Rendimiento (%BS) 1 1,5 2 2,5 pH extracción 30 45 60 75 90 4,4 5,4 6,4 7,4 8,4 9,4 10,4 Tiempo (min) Pe so e qui (mg/meq) 1 1,5 2 2,5 pH extracción 30 45 60 75 90 0 1 2 3 4 (X 1000,0) Peso equi val ent e ( m g / m eq)
41 4.3.3 Acidez libre
Teniendo en cuenta el R2 del 99.28% descrito en la tabla 8, existió una alta incidencia del pH de
extracción, sobre la acidez libre, estableciéndose una relación inversamente proporcional entre estos dos criterios (ver figura 24). Esto pudo deberse principalmente a la afectación que sufrió el material al hacer descender el pH del medio de extracción, provocando el intercambio de algunos compuestos presentes en la pectina por otros del medio y por ende favoreciendo el aumento de los grupos carboxilos libres [21].
Adicionalmente se observó un leve efecto del tiempo de extracción sobre la acidez libre, por cuanto el incremento del tiempo tendió a disminuir el valor de la acidez libre. Esto pudo deberse al deterioro que sufren algunos grupos presentes en el sustrato, por la prolongada hidrólisis ácida. Este efecto sólo se presentó cuando se hizo uso de un pH de extracción comprendido entre el rango de 1.5 a 1, puesto que sucedió lo contrario cuando se evaluó un pH de 2.5.
Figura 24. Superficie de respuesta para acidez libre
4.3.4 Análisis de resultados para contenido de metoxilo
El R2 calculado para el contenido de metoxilo fue del 96,51 %. Teniendo en cuenta este valor y los
resultados representados en la figura 25, se puede observar una gran incidencia tanto del pH como del tiempo, los cuales generan un punto máximo tipo montaña. Esta afirmación se confirma al observar que los principales componentes de la variabilidad están representados por los efectos cuadráticos del pH y del tiempo (AA y BB), además de su interacción (AB) (ver tabla 8). Adicionalmente se observa que el punto óptimo para los dos factores se ubicó entre los rangos comprendidos entre 1.5 y 2 para el pH y entre 45 y 75 para el tiempo, siendo posiblemente la causa de este proceder el hecho de que si se utiliza un pH alto, no se logra la extracción de las pectinas y si se usa un pH muy bajo, este deteriora las pectinas presentes en el sustrato. Similar conducta posee el tiempo de extracción en niveles inferiores o superiores a los rangos óptimos.
Tiempo (min) Acide z (meq c arbox ilos/g) 1 1,5 2 2,5 pH extracción 30 45 60 75 90 0 2 4 6 8 10 12
42 Figura 25. Superficie de respuesta para contenido de metoxilo
4.3.5 Grado de esterificación
Considerando el R2 calculado del 99.72 % y los efectos descritos en la tabla 8, se puede decir que el
principal efecto para esta variable fue ocasionado por el pH de extracción. Este efecto estableció una relación directamente proporcional con el grado de esterificación (ver figura 26). Estos resultados pudieron deberse a las condiciones menos drásticas de extracción que implican la utilización de soluciones con un mayor pH. Además, se pudo observar la alta correspondencia que tiene esta variable con el peso equivalente. Estos resultados son similares a los observados en otras investigaciones donde se utilizaron las cortezas y residuos como sustrato de extracción [21].
Figura 26. Superficie de respuesta para grado de esterificación
El tiempo de extracción ejerce un efecto poco significativo sobre la variable de respuesta evaluada.
Tiempo (min) Conte nido de me toxilo (%) 1 1,5 2 2,5 pH extracción 30 45 60 75 90 3,9 4,4 4,9 5,4 5,9 Tiempo (min) Gra do de e sterificac ión (%) 1 1,5 2 2,5 pH extracción 30 45 60 75 90 46 56 66 76 86 96
43 4.3.6 Conclusiones búsqueda de segundo orden
Con el fin de conocer los valores óptimos de operación de los factores involucrados en el modelo de segundo orden, se ejecuto una optimización de las respuestas. Los resultados obtenidos se presentan a continuación.
Tabla 9. Predicción de valores y deseabilidad del modelo de segundo orden Límites (95,0 % confianza)
Respuesta Predicción Inferior Superior Deseabilidad Rendimiento 9,26254 8,62036 9,90472 0,754631 Peso equivalente 1342,48 -1985,4 4670,37 0,537167 Acidez libre 4,97345 4,54367 5,40323 0,561426 Contenido de metoxilo 5,82235 5,62487 6,01984 0,670048 Grado de esterificación 70,8709 67,1085 74,6333 0,642329
La deseabilidad general optimizada es igual a 0,628348 lo cual ofreció un valor de la conveniencia para la determinación combinada de los niveles óptimos de operación.
Tabla 10. Factores establecidos y niveles óptimos del modelo de segundo orden Factor Establecimiento
pH extracción 1,88376 Tiempo de extracción 65,8034
Figura 27. Deseabilidad para el modelo de segundo orden
A continuación se presentan las conclusiones a los factores involucrados en el modelo de segundo orden:
pH de extracción: Fue el principal componente de la variabilidad observada dentro de este modelo ya que se encuentra involucrado en la determinación de cada una de las variables de respuesta, ya
Tiempo 1 1,5 2 2,5 pH extracción 30 45 60 75 90 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 D eseab il id ad
44 sea por su efecto lineal, cuadrático o de interacción. El nivel en que se utilice este factor determina si se alcanzan las condiciones necesarias para extraer las pectinas presentes en el sustrato ó si por el contrario estas resultan ser muy agresivas para los compuestos de interés, provocando el deterioro o degradación de los mismos. Es por ello que solo es factible la extracción de pectinas mediante el uso de parámetros precisos que optimicen las características evaluadas. De acuerdo a los valores obtenidos, ejerció una influencia negativa en las variables de rendimiento, acidez libre y contenido de metoxilo; por cuanto al descender su valor, se presentan incrementos significativos en estas variables. Para el caso de las variables de peso equivalente y grado de esterificación, su influencia fue positiva por cuanto al considerarse valores superiores de pH, estas variables ascienden en su rango.
Tiempo de extracción: Este factor desempeño sus influencias principalmente en las interacciones con el pH de extracción, puesto que sus efectos lineales y cuadráticos, no ejercieron un papel determinante en ninguna de las variables de respuesta consideradas, a excepción del efecto cuadrático que actúo sobre el contenido de metoxilo; razón por la cual se fijo su límite inferior en 60 minutos.